(57)【要約】  回折効率の低下に伴う集光スポットの劣化を抑制することができる対物レンズ、光学ヘッド、光ディスク装置及び情報処理装置を提供する。内周領域（１１１）及び外周領域（１１３）は、内周領域（１１１）及び外周領域（１１３）で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、内周領域（１１１）及び中周領域（１１２）は、内周領域（１１１）及び中周領域（１１２）で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、中周領域（１１２）で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、中周領域（１１２）で回折されて第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
2012014423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体の情報記録面に収束させる対物レンズであって、
前記レーザ光源側の面に形成された、回折構造を有する第１領域と、
前記第１領域の外側に形成された、回折構造を有する第２領域と、
前記第２領域の外側に形成された、回折構造を有する第３領域とを備え、
前記第１領域及び前記第３領域は、前記第１領域及び前記第３領域で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有する第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第１領域及び前記第２領域は、前記第１領域及び前記第２領域で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有する第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第２領域で回折されて前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ２のレーザ光の回折効率は、前記第２領域で回折されて前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きいことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記第２領域は、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記第１領域が有する回折構造と前記第２領域が有する回折構造とは、それぞれ互いに異なる階段形状の断面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性と、前記第２領域の前記階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性とは互いに異なることを特徴とする、請求項３記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記第１領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第１の階段形状の断面を有し、
前記第１の階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、
前記第２領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第２の階段形状の断面を有し、
前記第２の階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ２のレーザ光に対して、略−０．２５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ１のレーザ光に対して、略−０．４波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項３又は４記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記第２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２５×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．５×λ１／（ｎλ１−１）／１０００を満たすことを特徴とする請求項５記載の対物レンズ。
ただし、ｎλ１は、前記波長λ１における前記対物レンズの屈折率を表し、ｎλ２は、前記波長λ２における前記対物レンズの屈折率を表す。
【請求項７】
前記第２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．３×λ２／（ｎλ２−１）／１０００を満たすことを特徴とする請求項５記載の対物レンズ。
ただし、ｎλ２は、前記波長λ２における前記対物レンズの屈折率を表す。
【請求項８】
前記第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、前記第２領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルとは一致することを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１１】
前記第２の情報記録媒体の開口数に対応する前記対物レンズの有効径Ｄと、前記第１領域の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９７５・Ｄを満たすことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１２】
前記第１領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、
前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項１３】
前記第２領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１２記載の対物レンズ。
【請求項１４】
前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１２又は１３記載の対物レンズ。
【請求項１５】
前記第２の情報記録媒体の開口数に対応する前記対物レンズの有効径Ｄと、前記第１領域の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９５８・Ｄを満たすことを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項１６】
前記第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、前記第２領域が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致し、
前記第１領域と前記第２領域との境界において、前記第１領域に形成した階段形状の回折構造の一周期の終端と、前記第２領域に形成した鋸歯形状の回折構造の傾斜部分とは、前記平均レベルにて接続されることを特徴とする請求項１３記載の対物レンズ。
【請求項１７】
前記第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域と、
前記第４領域の内側に形成された、回折構造を有する第５領域とをさらに備え、
前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域は、前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第１領域、前記第２領域及び前記第５領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第５領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第４領域及び前記第５領域は、前記第４領域及び前記第５領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項１８】
前記第２領域及び前記第４領域は、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項１７記載の対物レンズ。
【請求項１９】
前記第４領域は、前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項１７又は１８記載の対物レンズ。
【請求項２０】
前記第４領域で回折されて前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ３のレーザ光の回折効率は、前記第４領域で回折されて前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ２のレーザ光の回折効率よりも大きいことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２１】
前記第５領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、
前記第５領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２２】
前記第１領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、
前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２３】
前記第４領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ３のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２４】
前記第２領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２５】
前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項１７〜２４のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２６】
前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことを特徴とする請求項１７〜２５のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２７】
前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ３のレーザ光を、前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことを特徴とする請求項１７〜２６のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２８】
前記第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域をさらに備え、
前記第１領域、前記第３領域及び前記第４領域は、前記第１領域、前記第３領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第１領域、前記第２領域及び前記第４領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
前記第４領域は、前記第４領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項２９】
前記第２領域は、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることを特徴とする請求項２８記載の対物レンズ。
【請求項３０】
前記第４領域に形成される回折構造は、階段形状の断面を有し、
前記第４領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項２８又は２９記載の対物レンズ。
【請求項３１】
前記第１領域に形成される回折構造は、階段形状の断面を有し、
前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３２】
前記第２領域に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項２８〜３１のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３３】
前記第３領域に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることを特徴とする請求項２８〜３２のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３４】
前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことを特徴とする請求項２８〜３３のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３５】
前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ３のレーザ光を、前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことを特徴とする請求項２８〜３４のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３６】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を情報記録媒体の情報記録面に収束させる、請求項１〜３５のいずれかに記載の対物レンズと、
情報記録媒体で反射された前記レーザ光を受光する受光部とを備えることを特徴とする光学ヘッド。
【請求項３７】
請求項３６に記載の光学ヘッドと、
情報記録媒体を回転させるモータと、
前記光学ヘッドと前記モータとを制御する制御部とを備えることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の光ディスク装置と、
前記光ディスク装置に記録する情報及び／又は前記光ディスク装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備えることを特徴とする情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の光ディスク等の情報記録媒体の情報記録面に、レーザ光源から出射されたレーザ光を集束させる対物レンズ、当該対物レンズを備え、情報記録媒体に対して光学的に情報を記録又は再生する光学ヘッド、当該光学ヘッドを備える光ディスク装置、及び当該光ディスク装置を備える情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
青紫半導体レーザの実用化に伴い、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）及びＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）と同じ大きさで、高密度及び大容量の光情報記録媒体（以下、光ディスクとも言う）であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤ）が実用化されている。ＢＤは、波長４００ｎｍ程度のレーザ光を出射する青紫レーザ光源と、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ、以下、ＮＡとも言う）が約０．８５の対物レンズとを用いて、光透過層の厚さが約０．１ｍｍである情報記録面に対して情報を記録又は再生するための光ディスクである。なお、本明細書において、光透過層とは、情報記録媒体の表面と情報記録面との間の層を意味している。【０００３】
ところで、光透過層の厚さの異なる複数種類の光ディスクに対して、情報を記録又は再生するための単一の対物レンズ、いわゆる互換対物レンズについて、多くの方式が知られている。【０００４】
例えば、特許文献１には、対物レンズの少なくとも一つの面に、光軸に対して略同心円状の第１領域、第２領域及び第３領域を有する対物レンズが開示されている。【０００５】
この対物レンズは、第１領域及び第３領域を通過した波長λ１（λ１＝６３５ｎｍ）のレーザ光を用いて、厚さｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の透明基板（光透過層）を有する第１光ディスクに情報を記録又は再生し、第１領域及び第２領域を通過した波長λ２（λ２＝７８０ｎｍ）のレーザ光を用いて、厚さｔ２（ｔ２＝１．２ｍｍ）の透明基板を有する第２光ディスクに情報を記録又は再生する。【０００６】
このような互換対物レンズを用いることで、１つの対物レンズで、例えばＣＤ及びＤＶＤ等の、光透過層の厚さ及びＮＡの異なる複数種類の光ディスクへの情報の記録又は再生を実現できる。【０００７】
また、対物レンズに回折構造を形成することで、複数種類の光ディスクの光透過層の厚さの差によって生じる球面収差を、光源波長の差を利用して補正する互換対物レンズについても、多くの方式が知られている。【０００８】
例えば、特許文献２には、波長λ１の青紫レーザ光を回折させて凸レンズ作用を及ぼし、光透過層の厚さ約０．１ｍｍのＢＤの情報記録面に集光スポットを収束させると共に、波長λ２の赤色レーザ光を回折させて凹レンズ作用を及ぼし、厚さが約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤの情報記録面に赤色レーザ光を収束させる対物レンズが開示されている。【０００９】
図２１は、従来の対物レンズの構成を示す図である。図２１の左図は、従来の対物レンズ９０の模式的な構成を示す平面図であり、図２１の右図は、従来の対物レンズ９０の模式的な構成を示す断面図である。対物レンズ９０の光源側（レーザ光の入射する側）の入射面９１には、対物レンズ９０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造（ホログラム）が形成されている。回折構造は、光軸ＯＡを含む内周領域９１１と、内周領域９１１の周辺の外周領域９１２とで異なる構造を有している。【００１０】
内周領域９１１は、赤色レーザ光を用いたＤＶＤの記録又は再生、及び、青紫レーザ光を用いたＢＤの記録又は再生のいずれの際にも使用される互換領域である。内周領域９１１は、青紫レーザ光の＋１次回折光をＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計されている。【００１１】
一方、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０）よりも大きい。そのため、外周領域９１２は、ＢＤ専用領域とされ、青紫レーザ光のみをＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように設計される。【００１２】
内周領域９１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（λ１＝４０５ｎｍ）に対して、約１．２５×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたりπ／２となる。この時、＋１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。【００１３】
一方、内周領域９１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（λ２＝６６０ｎｍ）に対して、約０．７５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。【００１４】
内周領域９１１をこのような回折構造とすることで、厚さが０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤと、厚さが約０．１ｍｍの光透過層を有するＢＤとに対し、高い光利用効率で、情報の互換記録又は互換再生を実現することができる。【００１５】
ところで、互換対物レンズに限らず、回折構造を備えたレンズが用いられる場合、レンズの半径位置によって回折効率が変化する場合がある。これは、レンズの有効径内における回折構造のピッチが半径位置毎に異なることに起因している。一般的に回折構造によってレンズパワーを与える場合には、光軸近傍の内周から外周に向かって、回折構造のピッチが小さくなり回折効率が低下する。【００１６】
一方、光ディスク用の光学ヘッドに用いられる半導体レーザの強度分布は、光軸からの距離に対してガウス関数的に低下するので、内周よりも外周でレーザ光の強度が低下する。ここで、対物レンズに入射するレーザ光の強度が外周で大幅に低下すると、対物レンズの実効ＮＡが低下する。その結果、光ディスクの情報記録面上の集光スポットが十分に絞れなくなる。【００１７】
例えば、特許文献１では、回折構造を備えない屈折型の互換対物レンズにおいて、第２領域を波長λ２の赤色レーザ光の専用領域とし、第３領域を波長λ１の赤外レーザ光の専用領域とした対物レンズの構成が開示されている。【００１８】
しかしながら、従来の対物レンズは、回折構造を備えない屈折型の互換対物レンズであるため、第２領域において、ＣＤの情報記録面に波長λ２のレーザ光を収束させるように設計すると、波長λ１のレーザ光は、ＤＶＤの情報記録面には全く収束しない。すなわち、第２領域では、ＤＶＤの情報記録面に収束される波長λ１のレーザ光は完全にゼロとなる。【００１９】
このように、対物レンズに入射するレーザ光の一部の領域の回折効率が完全にゼロになると、情報記録面上の集光スポットの劣化が非常に大きくなってしまう。【００２０】
また、例えば、特許文献２で開示されている従来の対物レンズでは、内周領域がＤＶＤ及びＢＤの両方の記録又は再生に使用される。そのため、特に内周領域の最外周近傍で回折構造のピッチが小さくなり、回折効率が低下する。【００２１】
図２２は、従来の対物レンズの回折効率を示す図である。図２２では、特許文献２で開示されている従来の対物レンズ９０において、波長λ１の青紫レーザ光及び波長λ２の赤色レーザ光の回折効率を波動計算（ベクトル計算）により算出している。図２２において、横軸は、レーザ光の入射位置、すなわち光軸ＯＡからの距離（対物レンズの半径）を示しており、縦軸は、入射位置に対応する回折効率を示している。【００２２】
図２２に示すように、波長λ２では、内周領域の光軸近傍（点α）での回折効率は７０％以上であるのに対し、内周領域の最外周近傍（点β）での回折効率は５０％以下に低下する。これは、回折構造のピッチが点αの位置よりも点βの位置のほうが小さいことに加え、光軸ＯＡからの距離が大きくなるにつれて、入射面９１の傾斜角度が大きくなり、対物レンズ９０に略平行入射するレーザ光の入射角が大きくなることに起因している。なお、成形等におけるバラツキに伴って、点βの位置における回折効率はさらに低下する可能性がある。【００２３】
上述のように、対物レンズに入射するレーザ光の強度が外周で大幅に低下すると、光ディスクの情報記録面上の集光スポットが十分に絞れなくなるが、特許文献２には、このような従来の互換対物レンズにおける課題については、言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開平１１−８６３１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９２２７号公報
【発明の概要】
【００２５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、回折効率の低下に伴う集光スポットの劣化を抑制することができる対物レンズ、光学ヘッド、光ディスク装置及び情報処理装置を提供することを目的とするものである。
【００２６】
本発明の一局面に係る対物レンズは、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体の情報記録面に収束させる対物レンズであって、前記レーザ光源側の面に形成された、回折構造を有する第１領域と、前記第１領域の外側に形成された、回折構造を有する第２領域と、前記第２領域の外側に形成された、回折構造を有する第３領域とを備え、前記第１領域及び前記第３領域は、前記第１領域及び前記第３領域で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有する第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第１領域及び前記第２領域は、前記第１領域及び前記第２領域で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有する第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第２領域で回折されて前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ２のレーザ光の回折効率は、前記第２領域で回折されて前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【００２７】
この構成によれば、対物レンズは、レーザ光源側の面に形成された、回折構造を有する第１領域と、第１領域の外側に形成された、回折構造を有する第２領域と、第２領域の外側に形成された、回折構造を有する第３領域とを備える。第１領域及び第３領域は、第１領域及び第３領域で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有する第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第１領域及び第２領域は、第１領域及び第２領域で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有する第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。そして、第２領域で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、第２領域で回折されて第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【００２８】
本発明によれば、第２領域で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、第２領域で回折されて第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きいので、第２の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、対物レンズに入射する波長λ２のレーザ光の外縁近傍の回折効率を増大させることにより、光軸から離れるに従って低下するレーザ光の強度を補正することができ、回折効率の低下に伴う集光スポットの劣化を抑制することができる。
【００２９】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における対物レンズの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における対物レンズの回折効率を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における対物レンズの入射面に形成された回折構造の形状を模式的に示す図である。
【図４】対物レンズの中周領域における回折構造の段差と回折効率との関係を示す図である。
【図５】対物レンズの中周領域における回折構造の段差と回折効率との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２における対物レンズの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３における対物レンズの構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３における対物レンズの回折効率を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３における対物レンズの入射面に形成された回折構造の形状を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における対物レンズの不要光の集光位置を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における対物レンズの内周領域と中周領域との境界を拡大して示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における対物レンズの内周領域と中周領域との境界のＮＡと分解能との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における対物レンズの構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の変形例における対物レンズの構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における光学ヘッドの概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態６における光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態７におけるコンピュータの概略構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態８における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態９における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態１０におけるゲーム装置の概略構成を示す図である。
【図２１】従来の対物レンズの構成を示す図である。
【図２２】従来の対物レンズの回折効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における対物レンズの構成を示す図である。図１の左図は、本実施の形態１の対物レンズ１０の模式的な構成を示す平面図であり、図１の右図は、本実施の形態１の対物レンズ１０の模式的な構成を示す断面図である。
【００３３】
本実施の形態１の対物レンズ１０は、例えば、波長λ１の青紫レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＢＤと、波長λ１より大きい波長λ２の赤色レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＤＶＤとを互換可能な互換対物レンズとして用いられる。
【００３４】
対物レンズ１０は、光源側（レーザ光の入射する側）の入射面１１にベースとなる球面又は非球面を備えている。このベースとなる球面又は非球面（以下、ベース非球面と総称する）には、対物レンズ１０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。一方、入射面１１に対向する光ディスク側（レーザ光が出射する側）の出射面１２は、球面又は非球面となっている。
【００３５】
対物レンズ１０は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に収束させる。対物レンズ１０は、レーザ光源側の入射面１１に形成された、回折構造を有する内周領域（第１領域）１１１と、内周領域１１１の外側に形成された、回折構造を有する中周領域（第２領域）１１２と、中周領域１１２の外側に形成された、回折構造を有する外周領域（第３領域）１１３とを備える。
【００３６】
光軸ＯＡを含む内周領域１１１と、内周領域１１１の周辺の中周領域１１２と、中周領域１１２の周辺の外周領域１１３とは、それぞれ異なる回折構造を有している。
【００３７】
内周領域１１１及び外周領域１１３は、内周領域１１１及び外周領域１１３で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有するＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。また、中周領域１１２は、中周領域１１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、中周領域１１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【００３８】
内周領域１１１及び中周領域１１２は、内周領域１１１及び中周領域１１２で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有するＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【００３９】
中周領域１１２で回折されてＤＶＤの情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、中周領域１１２で回折されてＢＤの情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【００４０】
内周領域１１１は、例えば３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。内周領域１１１は、青紫レーザ光の＋１次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計している。なお、この内周領域１１１は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも小さいＮＡ例えば０．５７に対応する領域としている。
【００４１】
次に、中周領域１１２は、内周領域１１１とは異なる例えば３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、ＤＶＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。中周領域１１２は、主として波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計している。中周領域１１２は、青紫レーザ光の＋２次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計している。この中周領域１１２は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）に対応する領域としている。
【００４２】
一方、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、上述の赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも大きい。そのため、外周領域１１３は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光のみをＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。また、外周領域１１３は、波長λ２の赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように、すなわち赤色レーザ光の集光スポットの焦点が大きくずれるように設計される。外周領域１１３は、外周領域１１３を通過する波長λ２のレーザ光を、ＤＶＤの情報記録面に収束させない。したがって、外周領域１１３は、ＤＶＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。
【００４３】
内周領域１１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）に対して、約１．２５×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたりπ／２となる。この時、＋１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【００４４】
一方、内周領域１１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、約０．７５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【００４５】
すなわち、内周領域１１１が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第１の階段形状の断面を有している。第１の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長及び０．７５波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【００４６】
内周領域１１１をこのような回折構造とすることで、波長λ１と波長λ２とで逆方向の鋸歯形状を近似できるため、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤと、厚さ約０．１ｍｍの光透過層を有するＢＤとに対し、高い光利用効率で、情報の互換記録又は互換再生を実現できる。
【００４７】
中周領域１１２の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、約−０．２５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【００４８】
一方、中周領域１１２の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）に対して、約−０．４×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−０．８πとなる。この時、＋２次回折光の回折効率はスカラー計算で約３０％となる。
【００４９】
すなわち、中周領域１１２が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第２の階段形状の断面を有している。第２の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ２のレーザ光に対して、略−０．２５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、波長λ１のレーザ光に対して、略−０．４波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。なお、上記の−０．２５波長及び−０．４波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【００５０】
中周領域１１２をこのような回折構造とすることで、波長λ１と波長λ２とで異なる鋸歯形状を近似でき、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤの優先領域である中周領域１１２においても、厚さ約０．１ｍｍの光透過層を有するＢＤに対する光利用効率を確保できる。
【００５１】
従って、ＤＶＤの優先領域である中周領域１１２においても、波長λ１の青紫レーザ光の一部をＢＤの情報記録面に収束させているので、特許文献１に示した従来の互換対物レンズと比較して、ＢＤの情報記録面上における集光スポットの劣化を大幅に抑制することができる。
【００５２】
また、外周領域１１３は、ＢＤの専用領域となっており、波長λ１で最適化された鋸歯形状の回折構造を有している。外周領域１１３が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。
【００５３】
図２は、本発明の実施の形態１における対物レンズの回折効率を示す図である。図２では、本実施の形態１における対物レンズ１０において、波長λ１（＝４０５ｎｍ）の青紫レーザ光及び波長λ２（＝６６０ｎｍ）の赤色レーザ光の回折効率を波動計算（ベクトル計算）により算出している。図２において、横軸は、レーザ光の入射位置、すなわち光軸ＯＡからの距離（対物レンズの半径）を示しており、縦軸は、入射位置に対応する回折効率を示している。
【００５４】
図２に示すように、波長λ２では、内周領域１１１の光軸近傍（点α）での回折効率は７０％以上であるのに対し、内周領域１１１の最外周近傍（点β）での回折効率は約５０％に低下する。これは、回折構造のピッチが点αの位置よりも点βの位置のほうが小さいことに加え、光軸ＯＡからの距離が大きくなるにつれて、入射面１１のベース非球面の傾斜角度が大きくなり、対物レンズ１０に略平行入射するレーザ光の入射角が大きくなることに起因している。
【００５５】
一方、中周領域１１２のほぼ全域（領域γ）での回折効率は６０％以上となっている。これは、中周領域１１２がＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２で最適化された３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造が形成されているためである。
【００５６】
また、波長λ１では、内周領域１１１の光軸近傍（点α）での回折効率は７０％以上であり、内周領域１１１の最外周近傍（点β）での回折効率は約５０％である。また、波長λ１では、中周領域１１２のほぼ全域での回折効率は約２０％に低下しているが、外周領域１１３のほぼ全域での回折効率は７０％以上となっている。これは、外周領域１１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているためである。
【００５７】
以上のように、本実施の形態１の対物レンズ１０では、中周領域１１２がＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２の赤色レーザ光で最適化された階段形状の回折構造が形成されているので、中周領域１１２のほぼ全域で波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率が６０％以上となっている。従って、実質的に内周領域１１１の光軸近傍の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率と、中周領域１１２の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【００５８】
また、ＤＶＤの優先領域である中周領域１１２においても、波長λ１の青紫レーザ光の一部（約２０％）がＢＤの情報記録面に収束しているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態１の対物レンズ１０では、外周領域１１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、外周領域１１３のほぼ全域で波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域１１１の光軸近傍の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率と、外周領域１１３の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【００６０】
ここで、本実施の形態１の対物レンズ１０に形成する回折構造の具体的形状について説明する。
【００６１】
図３は、本実施の形態１の対物レンズ１０の入射面１１に形成された回折構造の形状を模式的に示す図である。
【００６２】
上述のように、内周領域１１１は、３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備えており、波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光に凸レンズのパワーを与え、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光に凹レンズのパワーを与えるように構成している。このように、赤色レーザ光に対して凹レンズのパワーを与えることによって、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤに対する赤色レーザ光の焦点位置を対物レンズ１０から遠ざけ、ＤＶＤへの記録又は再生時に、対物レンズ１０と光ディスクとの間隔である作動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくすることができる。
【００６３】
一方、ＢＤにおいては、青紫レーザ光に対して回折構造が凸レンズのパワーを備えるので、屈折型の凸レンズである対物レンズで発生する、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化などによるレーザ光源の波長変動時における焦点位置の変化（色収差）を相殺するとともに低減することができるという効果が得られる。
【００６４】
次に、中周領域１１２は、ＤＶＤの優先領域とされ、内周領域１１１とは異なる３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備えている。中周領域１１２は、波長λ１の青紫レーザ光の＋２次回折光に凸レンズのパワーを与え、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光に凹レンズのパワーを与えるように構成する。
【００６５】
なお、内周領域１１１と中周領域１１２は、いずれも３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造であるが、図３に示すように、内周領域１１１と中周領域１１２との境界ｘで、回折構造の極性が反転している。内周領域１１１の一周期の回折構造は、内周側から外周側に向かって低くなっているのに対し、中周領域１１２の一周期の回折構造は、内周側から外周側に向かって高くなっている。すなわち、内周領域１１１の階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性と、中周領域１１２の階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性とは互いに異なる。なお、階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差とは、互いに隣接する段のうち、対物レンズの内周側の段における光路と、対物レンズの外周側の段における光路との差を表す。
【００６６】
また、外周領域１１３は、ＢＤの専用領域とし、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるように設計し、波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光に凸レンズのパワーを与えるように構成する。
【００６７】
ここで、内周領域１１１と中周領域１１２とは、いずれも３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造であるが、以下の違いがある。
【００６８】
内周領域１１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光に対して、約＋０．７５×λ２［ｎｍ］の光路差を与えるのに対し、中周領域１１２の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光に対して、約−０．２５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える。
【００６９】
また、内周領域１１１は、ＢＤに対しては＋１次回折光を収束させ、ＤＶＤに対しては−１次回折光を収束させるので、内周領域１１１におけるＢＤとＤＶＤとの回折次数の差は２次分あるのに対し、中周領域１１２は、ＢＤに対しては＋２次回折光を収束させ、ＤＶＤに対しては−１次回折光を収束させるので、中周領域１１２におけるＢＤとＤＶＤとの回折次数の差は３次分ある。
【００７０】
以上のように、中周領域１１２の回折構造は、内周領域１１１の回折構造と比較して、回折構造の段差が小さいという特徴がある。また、中周領域１１２の回折構造は、内周領域１１１の回折構造と比較して、回折次数の差が大きく、パワーが小さくて済むため、回折ピッチが広いという特徴がある。そのため、回折効率の低下を抑制することができる。
【００７１】
なお、回折構造の段差量によって、波長λ１の青紫レーザ光の回折効率及び波長λ２の赤色レーザ光の回折効率は変化する。
【００７２】
図４及び図５は、対物レンズの中周領域１１２における回折構造の段差量と回折効率との関係を示す図である。図４及び図５において、横軸は、回折構造の段差量ｄ［μｍ］を示し、縦軸は、回折効率［％］を示している。図４及び図５において、対物レンズ１０の材料としては、合成樹脂であるＺＥＯＮＥＸ３４０Ｒ（日本ゼオン株式会社製）が用いられる。また、波長λ１の青紫レーザ光の＋２次回折光の回折効率と、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光の回折効率とは、いずれもスカラー計算した結果を示している。
【００７３】
図４に示すように、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光の回折効率のピーク（光路差−０．２５×λ２に相当）と、波長λ１の青紫レーザ光の＋２次回折光の回折効率のピーク（光路差＋０．５×λ１に相当）とは異なっている。中周領域１１２において、波長λ１の青紫レーザ光の回折効率と波長λ２の赤色レーザ光の回折効率とはいずれも大きいことが好ましい。そのため、回折構造の段差量ｄ［μｍ］は、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光の回折効率のピークと、波長λ１の青紫レーザ光の＋２次回折光の回折効率のピークとの間、すなわち、０．３３〜０．３９［μｍ］の範囲であることが好ましい。
【００７４】
より一般的には、中周領域１１２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２５×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．５×λ１／（ｎλ１−１）／１０００を満たすことが好ましい。
【００７５】
なお、λ１は、青紫レーザ光の波長［ｎｍ］を表し、λ２は、赤色レーザ光の波長［ｎｍ］を表し、ｎλ１は、波長λ１における対物レンズの屈折率を表し、ｎλ２は、波長λ２における対物レンズの屈折率を表す。
【００７６】
あるいは、中周領域１１２における波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光の回折効率を重視してもよい。回折効率のピークからの低下を１０％以内に抑えるために、図５に示すように、回折構造の段差量ｄ［μｍ］は、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光の回折効率のピークの±１０％の範囲、すなわち、０．２６〜０．３９［ｕｍ］の範囲であってもよい。
【００７７】
より一般的には、中周領域１１２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．３×λ２／（ｎλ２−１）／１０００を満たすことが好ましい。
【００７８】
なお、λ２は、赤色レーザ光の波長［ｎｍ］を表し、ｎλ２は、波長λ２における対物レンズの屈折率を表す。
【００７９】
ここで、内周領域１１１及び中周領域１１２を通過する波長λ２の赤色レーザ光を、いずれもＤＶＤの情報記録面に収束させるためには、内周領域１１１と中周領域１１２との境界で、位相を合わせる必要がある。さらに、波長λ２の赤色レーザ光が設計波長から数ｎｍずれた場合でも、内周領域１１１と中周領域１１２との境界で位相がずれないようにするために、内周領域１１１が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、中周領域１１２が有する階段形状の回折構造の平均レベルとは一致させる必要がある。なお、階段形状の回折構造の平均レベルとは、階段の最下段のレベルと最上段のレベルとの中間のレベルを表す。また、内周領域１１１と中周領域１１２との境界は、必ずしも内周領域１１１の１ピッチの終端である必要はない。
【００８０】
ところで、ＤＶＤの優先領域である中周領域１１２の径方向の幅を大きくするほど、波長λ２の赤色レーザ光の回折効率が６０％以上となる領域が拡大し、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化をより抑制することができる。しかしながら、中周領域１１２の径方向の幅を大きくした場合、波長λ１の青紫レーザ光の回折効率が低下する領域は拡大する。すなわち、中周領域１１２の幅を大きくするほど、ＢＤに情報を記録又は再生するための集光スポットの光学的分解能が低下し、記録性能又は再生性能の劣化が生じる。
【００８１】
ＤＶＤに関しては、再生ジッタへの影響を鑑み、内周領域１１１と中周領域１１２との境界のＮＡは０．５８５以下とすることが望ましい。すなわち、０．６０のＮＡに対応するＤＶＤの有効径に対する比率では、０．５８５／０．６０＝０．９７５以下とすることが望ましい。
【００８２】
一方、ＢＤに関しては、中周領域１１２の幅が大きくなるにつれて、ＢＤの分解能が減少するため、内周領域１１１と中周領域１１２との境界のＮＡは０．５５以上とすることが望ましい。すなわち、０．６０のＮＡに対応するＤＶＤの有効径に対する比率では、０．５５／０．６０＝０．９１６以上とすることが望ましい。
【００８３】
すなわち、ＤＶＤとＢＤとの分解能を両立させるためには、ＤＶＤの例えば０．６０のＮＡに対応する対物レンズの有効径Ｄと、内周領域１１１の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９７５・Ｄを満たすことが望ましい。
【００８４】
なお、中周領域１１２の幅が、回折構造の１ピッチ（１輪帯幅）よりも小さくなると、実質的に、中周領域１１２がＤＶＤの優先領域として機能しなくなる。そのため、中周領域１１２の幅は、最低でも回折構造の１ピッチよりも大きくしなければならない。
【００８５】
本実施の形態１の対物レンズ１０は、ガラス製又は合成樹脂製の対物レンズに適用可能である。
【００８６】
ガラス製の対物レンズは、温度変化等に伴う屈折率変化が小さく、収差変化も小さいという利点がある。一方、合成樹脂製の対物レンズは、ガラス製の対物レンズと比較して比重が小さい。そのため、光ディスクの面ぶれ及び偏心に対して、対物レンズを駆動する対物レンズアクチュエータの負担を軽減でき、さらに、対物レンズを高速に追従させることも可能となる。また、射出成形により高精度に大量生産することが可能であるので、本実施の形態１のような微細な回折構造を備えた対物レンズは、合成樹脂製とすることがより好ましい。
【００８７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における対物レンズの構成を示す図である。図６の左図は、本実施の形態２の対物レンズ２０の模式的な構成を示す平面図であり、図６の右図は、本実施の形態２の対物レンズ２０の模式的な構成を示す断面図である。
【００８８】
本実施の形態２の対物レンズ２０は、例えば、波長λ１の青紫レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＢＤと、波長λ１より大きい波長λ２の赤色レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＤＶＤとを互換可能な互換対物レンズとして用いられる。
【００８９】
対物レンズ２０は、光源側（レーザ光の入射する側）の入射面２１にベースとなる球面又は非球面を備えている。このベースとなる球面又は非球面（以下、ベース非球面と総称する）には、対物レンズ２０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。一方、入射面２１に対向する光ディスク側（レーザ光が出射する側）の出射面２２は、回折構造が形成されていない球面又は非球面となっている。
【００９０】
対物レンズ２０は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に収束させる。対物レンズ２０は、レーザ光源側の入射面２１に形成された、回折構造を有する内周領域（第１領域）２１１と、内周領域２１１の外側に形成された、回折構造を有する中周領域（第２領域）２１２と、中周領域２１２の外側に形成された、回折構造を有する外周領域（第３領域）２１３とを備える。
【００９１】
光軸ＯＡを含む内周領域２１１と、内周領域２１１の周辺の中周領域２１２と、中周領域２１２の周辺の外周領域２１３とは、それぞれ異なる回折構造を有している。
【００９２】
内周領域２１１及び外周領域２１３は、内周領域２１１及び外周領域２１３で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有するＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。また、中周領域２１２は、中周領域２１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、中周領域２１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【００９３】
内周領域２１１及び中周領域２１２は、内周領域２１１及び中周領域２１２で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有するＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【００９４】
中周領域２１２で回折されてＤＶＤの情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、中周領域２１２で回折されてＢＤの情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【００９５】
内周領域２１１は、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。内周領域２１１は、青紫レーザ光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計されている。なお、この内周領域２１１は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも小さいＮＡ例えば０．５７に対応する領域としている。
【００９６】
次に、中周領域２１２は、ＤＶＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。中周領域２１２は、主として波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計している。この中周領域２１２は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）に対応する領域としている。
【００９７】
一方、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、上述の赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも大きい。そのため、外周領域２１３は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光のみをＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。また、外周領域２１３は、波長λ２の赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように、すなわち赤色レーザ光の集光スポットの焦点が大きくずれるように設計される。外周領域２１３は、外周領域２１３を通過する波長λ２のレーザ光を、ＤＶＤの情報記録面に収束させない。したがって、外周領域２１３は、ＤＶＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。
【００９８】
内周領域２１１には、青紫レーザ光の＋１次回折光をＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている。内周領域２１１の回折構造の段差は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）及び波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、ほぼ同等の回折効率となるように設定される。この時、回折効率はスカラー計算で約８０％となる。
【００９９】
しかしながら、実際には、内周領域２１１の光軸ＯＡ近傍での回折効率に対し、内周領域２１１の最外周近傍での回折効率は低下する。これは、回折構造のピッチが内周領域２１１の光軸ＯＡ近傍よりも内周領域２１１の最外周近傍のほうが小さいことに加え、光軸ＯＡからの距離が大きくなるにつれて、入射面２１のベース非球面の傾斜角度が大きくなり、対物レンズ２０に略平行入射するレーザ光の入射角が大きくなることに起因している。本実施の形態２の対物レンズ２０のように、赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計した場合、内周領域２１１の最外周近傍の回折構造のピッチが小さくなるため、成形等のバラツキに伴って、回折効率はさらに低下する可能性がある。
【０１００】
そこで、本実施の形態２の対物レンズ２０では、例えば、図６に示すように、中周領域２１２がＤＶＤの優先領域となっている。中周領域２１２には、波長λ２の赤色レーザ光の＋２次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている。＋２次回折光を用いることにより、＋１次回折光を用いる場合と比較して回折構造のピッチが大きくなるため、成形等のバラツキに伴う回折効率の低下を抑制できる。この時、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるのに最適な青紫レーザ光の＋２次回折光の回折効率は、例えば４％程度にまで小さくなる。また、波長λ１の青紫レーザ光において、最も回折効率の大きい＋３次回折光は、ＢＤの情報記録面に対して収差を有し、フレアとなる。
【０１０１】
さらに、外周領域２１３は、ＢＤの専用領域となっている。外周領域２１３には、例えば、波長λ１の青紫レーザ光の＋３次回折光をＢＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている。
【０１０２】
以上のように、本実施の形態２の対物レンズ２０では、中周領域２１２がＤＶＤの優先領域となっているので、波長λ２の赤色レーザ光における回折効率を高くすることが可能である。従って、実質的に内周領域２１１の光軸ＯＡ近傍の回折効率と、中周領域２１２の回折効率との差が小さくなるので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０１０３】
さらに、本実施の形態２の対物レンズ２０では、外周領域２１３がＢＤの専用領域となっているので、波長λ１の青紫レーザ光における回折効率を高くすることが可能である。従って、実質的に内周領域２１１の光軸ＯＡ近傍の回折効率と、外周領域２１３の回折効率との差が小さくなるので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０１０４】
ところで、従来技術（例えば、特開平１１−８６３１９号公報）では、回折構造を備えない屈折型の互換対物レンズにおいて、本実施の形態２の中周領域２１２に対応する領域を波長λ２の赤色レーザ光の専用領域とし、本実施の形態２の外周領域２１３に対応する領域を波長λ１（λ１＜λ２）の青紫レーザ光の専用領域とした対物レンズの構成が開示されている。
【０１０５】
しかしながら、従来の対物レンズは、回折構造を備えない屈折型の互換対物レンズであるため、本実施の形態２の中周領域２１２に対応する領域において、第２の情報記録媒体の情報記録面に波長λ２のレーザ光を収束させるように設計すると、波長λ１のレーザ光は、第１の情報記録媒体の情報記録面には全く収束しない。すなわち、中周領域２１２に対応する領域では、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束される波長λ１のレーザ光は完全にゼロとなる。
【０１０６】
このように、対物レンズに入射するレーザ光の一部の領域の回折効率が完全にゼロになると、本実施の形態２の対物レンズのように回折効率が４％（すなわち強度４％＝振幅２０％）である場合と比較して、情報記録面上の集光スポットの劣化が非常に大きくなる。
【０１０７】
本実施の形態２の対物レンズでは、中周領域２１２は、ＤＶＤの優先領域となっているが、小さい回折効率ながらも、波長λ１の青紫レーザ光の一部をＢＤの情報記録面に収束させている。そのため、従来の屈折型の互換対物レンズと比較して、情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができるという、顕著な違いがある。
【０１０８】
以上、本実施の形態２においては、中周領域２１２が、波長λ２の赤色レーザ光の＋２次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている場合について述べたが、本発明は特にこれに限定されず、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように中周領域２１２の回折構造のピッチを最適化しつつ、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折効率が最大となるように中周領域２１２の回折構造の段差を最適化した場合にも適用可能である。この場合、赤色レーザ光の＋１次回折光のスカラー計算による回折効率はほぼ１００％となるため、成形等のバラツキに伴う回折効率の低下を抑制できる。この時、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるのに最適な＋１次回折光の回折効率は、１５％程度となり、従来の屈折型の互換対物レンズと比較して、情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態２においては、対物レンズ２０の内周領域２１１が、青紫レーザ光の＋１次回折光をＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計した場合について説明を行ったが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、内周領域２１１が、例えば、青紫レーザ光の＋２次回折光をＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計した場合等、他の回折次数を用いた場合についても適用可能であることは明らかである。
【０１１０】
さらに、中周領域（ＤＶＤ優先領域）２１２の回折次数（＋２次又は＋１次）、外周領域（ＢＤ専用領域）２１３の回折次数（＋３次）についても、これらに限定されるものではない。
【０１１１】
すなわち、本発明の主旨は、ＤＶＤへの記録又は再生時の内周領域２１１の最外周近傍の回折効率の低下を抑制するために、赤色レーザ光の回折効率を優先した回折構造を形成した中周領域２１２を備えること、さらに、中周領域２１２において、ＢＤに情報を記録又は再生するための青色レーザ光の回折効率がゼロではないことである。
【０１１２】
従って、赤色レーザ光の回折効率を優先した中周領域２１２は、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数の青色レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させる本実施の形態２の構成に限らず、赤色レーザ光の回折効率が青色レーザ光の回折効率よりも大きくなるような回折構造を中周領域２１２に形成した構成についても、本発明の適用範囲内であることは言うまでもない。
【０１１３】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における対物レンズの構成を示す図である。図７の左図は、本実施の形態３の対物レンズ３０の模式的な構成を示す平面図であり、図７の右図は、本実施の形態３の対物レンズ３０の模式的な構成を示す断面図である。
【０１１４】
本実施の形態３の対物レンズ３０は、例えば、波長λ１の青紫レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＢＤと、波長λ１より大きい波長λ２の赤色レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＤＶＤとを互換可能な互換対物レンズとして用いられる。
【０１１５】
対物レンズ３０は、光源側（レーザ光の入射する側）の入射面３１にベースとなる球面又は非球面を備えている。このベースとなる球面又は非球面（以下、ベース非球面と総称する）には、対物レンズ３０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。一方、入射面３１に対向する光ディスク側（レーザ光が出射する側）の出射面３２は、回折構造が形成されていない球面又は非球面となっている。
【０１１６】
対物レンズ３０は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に収束させる。対物レンズ３０は、レーザ光源側の入射面３１に形成された、回折構造を有する内周領域（第１領域）３１１と、内周領域３１１の外側に形成された、回折構造を有する中周領域（第２領域）３１２と、中周領域３１２の外側に形成された、回折構造を有する外周領域（第３領域）３１３とを備える。
【０１１７】
光軸ＯＡを含む内周領域３１１と、内周領域３１１の周辺の中周領域３１２と、中周領域３１２の周辺の外周領域３１３とは、それぞれ異なる回折構造を有している。
【０１１８】
内周領域３１１及び外周領域３１３は、内周領域３１１及び外周領域３１３で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有するＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１１９】
内周領域３１１及び中周領域３１２は、内周領域３１１及び中周領域３１２で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有するＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１２０】
中周領域３１２で回折されてＤＶＤの情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、中周領域３１２で回折されてＢＤの情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０１２１】
内周領域３１１は、例えば３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。内周領域３１１は、青紫レーザ光の＋１次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計されている。なお、この内周領域３１１は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも小さいＮＡ例えば０．５７に対応する領域としている。
【０１２２】
次に、中周領域３１２は、鋸歯形状の回折構造を備え、ＤＶＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。中周領域３１２は、主として波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計される。この中周領域３１２は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）に対応する領域としている。
【０１２３】
一方、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、上述の赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも大きい。そのため、外周領域３１３は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光のみをＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。また、外周領域３１３は、波長λ２の赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように、すなわち赤色レーザ光の集光スポットの焦点が大きくずれるように設計される。外周領域３１３は、外周領域３１３を通過する波長λ２のレーザ光を、ＤＶＤの情報記録面に収束させない。したがって、外周領域３１３は、ＤＶＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。
【０１２４】
内周領域３１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）に対して、約１．２５×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたりπ／２となる。この時、＋１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１２５】
一方、内周領域３１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、約０．７５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１２６】
すなわち、内周領域３１１が有する回折構造は、階段形状の断面を有している。内周領域３１１の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長及び０．７５波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【０１２７】
内周領域３１１をこのような回折構造とすることで、波長λ１と波長λ２とで逆方向の鋸歯形状を近似できるため、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤと、厚さ約０．１ｍｍの光透過層を有するＢＤとに対し、高い光利用効率で、情報の互換記録又は互換再生を実現できる。
【０１２８】
本実施の形態３の対物レンズ３０では、図７に示すように、中周領域３１２は、ＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造を有している。また、中周領域３１２が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。
【０１２９】
この時、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるのに最適な−１次回折光の回折効率は、例えば１％程度にまで小さくなる。波長λ１の青紫レーザ光において、最も回折効率の大きい＋２次回折光は、ＢＤの情報記録面に対して収差を有し、フレアとなる。
【０１３０】
すなわち、中周領域３１２は、中周領域３１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、中周領域３１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１３１】
また、図７に示すように、外周領域３１３は、ＢＤの専用領域となっており、波長λ１で最適化された鋸歯形状の回折構造を有している。外周領域３１３が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。
【０１３２】
図８は、本発明の実施の形態３における対物レンズの回折効率を示す図である。図８では、本実施の形態３における対物レンズ３０において、波長λ１（＝４０５ｎｍ）の青紫レーザ光及び波長λ２（＝６６０ｎｍ）の赤色レーザ光の回折効率を波動計算（ベクトル計算）により算出している。図８において、横軸は、レーザ光の入射位置、すなわち光軸ＯＡからの距離（対物レンズの半径）を示しており、縦軸は、入射位置に対応する回折効率を示している。
【０１３３】
図８に示すように、波長λ２では、内周領域３１１の光軸近傍（点α）での回折効率は７０％以上であるのに対し、内周領域３１１の最外周近傍（点β）での回折効率は５０％以下に低下する。これは、回折構造のピッチが点αの位置よりも点βの位置のほうが小さいことに加え、光軸ＯＡからの距離が大きくなるにつれて、入射面３１のベース非球面の傾斜角度が大きくなり、対物レンズ３０に平行入射するレーザ光の入射角が大きくなることに起因している。
【０１３４】
一方、中周領域３１２のほぼ全域（領域γ）での回折効率は８０％以上となっている。これは、中周領域３１２がＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているためである。
【０１３５】
また、波長λ１では、内周領域３１１の光軸近傍（点α）での回折効率は７０％以上であり、内周領域３１１の最外周近傍（点β）での回折効率は５０％以下である。また、波長λ１では、中周領域３１２のほぼ全域での回折効率は約１％と小さくなっているが、外周領域３１３のほぼ全域での回折効率は７０％以上となっている。これは、外周領域３１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているためである。
【０１３６】
以上のように、本実施の形態３の対物レンズ３０では、中周領域３１２がＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２の赤色レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、中周領域３１２のほぼ全域で波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域３１１の光軸近傍の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率と、中周領域３１２の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０１３７】
さらに、本実施の形態３の対物レンズ３０では、外周領域３１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、外周領域３１３のほぼ全域で波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域３１１の光軸近傍の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率と、外周領域３１３の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０１３８】
なお、中周領域３１２は、ＤＶＤの優先領域となっているが、小さい回折効率ながらも、波長λ１の青紫レーザ光の一部をＢＤの情報記録面に収束させているので、情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０１３９】
ここで、本実施の形態３の対物レンズ３０に形成する回折構造の具体的形状について説明する。
【０１４０】
図９は、本発明の実施の形態３における対物レンズ３０の入射面３１に形成された回折構造の形状を模式的に示す図である。
【０１４１】
上述のように、内周領域３１１は、３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備えており、波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光に凸レンズのパワーを与え、波長λ２の赤色レーザ光の−１次回折光に凹レンズのパワーを与えるように構成されている。このように、赤色レーザ光に対して凹レンズのパワーを与えることによって、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤに対する赤色レーザ光の焦点位置を対物レンズ３０から遠ざけ、ＤＶＤへの記録又は再生時に、対物レンズ３０と光ディスクとの間隔である作動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくすることができる。
【０１４２】
一方、ＢＤにおいては、青紫レーザ光に対して回折構造が凸レンズのパワーを備えるので、屈折型の凸レンズである対物レンズで発生する、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化などによるレーザ光源の波長変動時における焦点位置の変化（色収差）を相殺するとともに低減することができるという効果が得られる。
【０１４３】
次に、中周領域３１２は、ＤＶＤの優先領域とされ、波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計される。中周領域３１２は、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折光に凹レンズのパワーを与えるように構成されている。
【０１４４】
さらに、外周領域３１３は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。外周領域３１３は、波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光に凸レンズのパワーを与えるように構成されている。
【０１４５】
このように、中周領域３１２と外周領域３１３とは、いずれも鋸歯形状の回折構造を有しているが、図９に示すように、中周領域３１２と外周領域３１３との境界で、回折構造の極性（レンズパワーの極性）が反転している。中周領域３１２の回折構造の鋸歯は、内周側から外周側に向かって高くなっているのに対し、外周領域３１３の回折構造の鋸歯は、内周側から外周側に向かって低くなっている。
【０１４６】
ところで、中周領域３１２で回折される波長λ１の青紫レーザ光のうち、回折効率の大きい＋１次回折光及び＋２次回折光は、ＢＤの情報記録面上で収差を持ち、集光スポットの焦点位置が大きくずれている。この中周領域３１２で回折された波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光及び＋２次回折光は不要光（いわゆる迷光）である。このような不要光が、光ディスクの情報記録面又は表面の近傍で集光されて反射された場合、光学ヘッドの受光素子上に集光することになり、光学ヘッドの記録性能又は再生性能を劣化させる場合がある。
【０１４７】
しかしながら、本実施の形態３の対物レンズ３０では、中周領域３１２が、上述のように波長λ２の赤色レーザ光に凹レンズのパワーを与える鋸歯形状であるため、波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光及び＋２次回折光には凹レンズのパワーが与えられる。従って、中周領域３１２で回折された波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光及び＋２次回折光による不要光は、図１０に示すように、内周領域３１１及び外周領域３１３で回折された信号光よりも遠い位置８３で集光し、光ディスク８０の情報記録面８１又は表面８２のいずれの近傍にも集光されず、光学ヘッドの受光素子上には集光しない。
【０１４８】
すなわち、ＤＶＤの優先領域である中周領域３１２を、波長λ２の赤色レーザ光に凹レンズのパワーを与える鋸歯形状とすることで、中周領域３１２で回折された波長λ１の青紫レーザ光の＋１次回折光及び＋２次回折光による不要光は、光学ヘッドの受光素子上には集光しないため、光学ヘッドの記録性能又は再生性能を劣化させることはないという顕著な効果が得られる。
【０１４９】
ここで、内周領域３１１及び中周領域３１２を通過する波長λ２の赤色レーザ光を、いずれもＤＶＤの情報記録面に収束させるためには、内周領域３１１と中周領域３１２との境界で、位相を合わせる必要がある。さらに、波長λ２の赤色レーザ光が設計波長から数ｎｍずれた場合でも、内周領域３１１と中周領域３１２との境界で位相がずれないようにするために、内周領域３１１が有する階段形状の回折構造の平均レベルと中周領域３１２が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致させる必要がある。なお、階段形状の回折構造の平均レベルとは、階段の最下段のレベルと最上段のレベルとの中間のレベルを表し、鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは、レンズ面上の鋸歯の高さの中間のレベルを表す。
【０１５０】
しかしながら、階段形状の内周領域３１１と鋸歯形状の中周領域３１２との境界において、互いの位相を合わせ、かつ、互いの領域の平均レベルを一致させることは容易ではなく、従来技術において詳細に考察した例は見られない。
【０１５１】
そこで、今回、階段形状の内周領域３１１と鋸歯形状の中周領域３１２との境界の形状について、詳細な検討を行った。
【０１５２】
図１１は、本発明の実施の形態３における対物レンズの内周領域と中周領域との境界を拡大して示す図である。図１１は、ベース非球面に重畳される回折構造の形状のみを模式的に示している。図１１において、領域境界Ｂ１を挟んで、左側が内周領域３１１を示し、右側が中周領域３１２を示している。また、入射面３１を挟んで、上側がレンズ（硝材）を示し、下側が空気を示している。また、図１１中の数値は、波長λ２の赤色レーザに所定の光路長差を与える段差量を表している。例えば、０．７５０の段差量は、レンズを通る光線と空気を通る光線との光路長差が、０．７５０×λ２であることを示している。
【０１５３】
図１１中の一点鎖線はベース非球面のレベルを示しており、内周領域３１１及び中周領域３１２のいずれも、回折構造の平均レベルとベース非球面のレベルとが一致している。
【０１５４】
図１１において、破線ａは、中周領域３１２に隣接する内周領域３１１の１ピッチが近似する鋸歯形状を示している。この破線ａの傾きは、内周領域３１１のピッチＰ１の間に波長λ２の一波長分の位相変化が生じる量であり、この破線ａと実際の回折構造との交点は、階段形状の平坦部分の中心Ｘ、すなわち領域境界Ｂ１から１／８ピッチ離れた位置（Ｐ１／８）である。したがって、領域境界Ｂ１と破線ａとの交点Ｙは、実際の回折構造よりも、０．１２５×λ２だけ下側に存在する。
【０１５５】
ベース非球面に対し、領域境界Ｂ１における実際の回折構造の段差は、１段分の０．７５０×λ２に１／２段分の０．３７５×λ２を加えた１．１２５×λ２である。従って、破線ａで示した近似鋸歯形状の領域境界Ｂ１における光路長差は、ベース非球面に対してちょうど１波長分となり、領域境界Ｂ１における回折構造の段差は、実質的にベース非球面と一致していることになる。
【０１５６】
このように、内周領域３１１が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、中周領域３１２が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致している。内周領域３１１と中周領域３１２との境界において、内周領域３１１に形成した階段形状の回折構造の一周期の終端と、中周領域３１２に形成した鋸歯形状の回折構造の傾斜部分とは、平均レベルにて接続される。
【０１５７】
従って、内周領域３１１と中周領域３１２との位相を合わせるためには、中周領域３１２の鋸歯形状を、領域境界Ｂ１において、ベース非球面と一致させなければならない。すなわち、図１１に示す形状で、内周領域３１１と中周領域３１２とを接続することにより、領域境界Ｂ１における位相が整合する。さらに、上述のように、内周領域３１１と中周領域３１２とのいずれの回折構造の平均レベルも、ベース非球面のレベルと一致しているので、波長λ２の赤色レーザ光が、設計波長から数ｎｍずれた場合でも、位相のずれは生じない。
【０１５８】
なお、破線ｂは、内周領域３１１の回折構造が近似する鋸歯形状を破線ａに対して、実質的に同じ位相を与える、すなわち１波長分シフトした鋸歯形状を示している。この破線ｂが、中周領域３１２と連続していることからも、波長λ２における位相が連続していることが確認できる。
【０１５９】
ところで、図１１に示す領域境界Ｂ１は、必ずしも内周領域３１１の１ピッチの終端である必要はない。すなわち、内周領域３１１を近似した鋸歯形状が破線ｂで表せるので、破線ｂと位相が連続している中周領域３１２を、内周領域３１１側に延伸、すなわち、領域境界Ｂ１を内周領域３１１側にシフトしても、位相のずれが生じないことは明らかである。
【０１６０】
ここで、ＤＶＤの優先領域である中周領域３１２の径方向の幅を大きくするほど、波長λ２の赤色レーザ光の回折効率が７０％以上となる領域が拡大し、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化をより抑制することができる。しかしながら、中周領域３１２の径方向の幅を大きくした場合、波長λ１の青紫レーザ光が不要光となる領域は拡大する。すなわち、中周領域３１２の幅を大きくするほど、対物レンズ３０に入射する光束の欠落が大きくなるので、ＢＤに情報を記録又は再生するための集光スポットの光学的分解能が低下し、記録性能又は再生性能の劣化が生じる。
【０１６１】
図１２は、本発明の実施の形態３における対物レンズの内周領域と中周領域との境界のＮＡと分解能との関係を示す図である。図１２では、本実施の形態３の対物レンズ３０において、中周領域３１２の幅を変えて、ＤＶＤ及びＢＤの分解能を計算したものである。図１２において、横軸は、内周領域３１１と中周領域３１２との境界位置をＮＡに換算したものであり、縦軸は、ＤＶＤの分解能（最小マーク長３Ｔと最大マーク長１１Ｔとの信号振幅の比）及びＢＤの分解能（最小マーク長２Ｔと最大マーク長８Ｔとの信号振幅の比）を表している。
【０１６２】
例えば、境界のＮＡが０．５６である場合、中周領域３１２の幅（ＮＡ）が０．５６から０．６０の範囲にあることを示しており、境界のＮＡが０．６０である場合、中周領域３１２の幅がゼロ、すなわち中周領域３１２がない従来の対物レンズを示している。
【０１６３】
図１２に示すように、中周領域３１２の幅が大きくなる（境界のＮＡが小さくなる）につれて、ＤＶＤの分解能は増大し、ＢＤの分解能は減少する。
【０１６４】
ＤＶＤに関しては、分解能が２０％よりも小さくなると、再生ジッタへの影響が顕著に現れる。そのため、内周領域３１１と中周領域３１２との境界のＮＡは０．５７５以下とすることが望ましい。すなわち、０．６０のＮＡに対応するＤＶＤの有効径に対する比率では、０．５７５／０．６０＝０．９５８以下とすることが望ましい。一方、ＢＤに関しては、中周領域３１２の幅が大きくなるにつれて、ＢＤの分解能は減少する。そのため、分解能の低下が２０％以下に抑えられるよう、内周領域３１１と中周領域３１２との境界のＮＡは０．５５以上とすることが望ましい。すなわち、０．６０のＮＡに対応するＤＶＤの有効径に対する比率では、０．５５／０．６０＝０．９１６以上とすることが望ましい。
【０１６５】
すなわち、ＤＶＤとＢＤとの分解能を両立させるためには、ＤＶＤの例えば０．６０のＮＡに対応する対物レンズの有効径Ｄと、内周領域３１１の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９５８・Ｄを満たすことが望ましい。
【０１６６】
なお、中周領域３１２の幅が、回折構造の１ピッチ（１輪帯幅）よりも小さくなると、実質的に、中周領域３１２がＤＶＤの優先領域として機能しなくなる。そのため、中周領域３１２の幅は、最低でも回折構造の１ピッチよりも大きくしなければならない。
【０１６７】
ところで、本発明の主旨は、ＤＶＤへの記録又は再生時の内周領域３１１の最外周近傍の回折効率の低下を抑制するために、赤色レーザ光の回折効率を優先した回折構造を形成した中周領域３１２を備えること、さらに、中周領域３１２において、ＢＤに情報を記録又は再生するための青色レーザ光の回折効率がゼロではないことである。
【０１６８】
従って、赤色レーザ光の回折効率を優先した中周領域３１２は、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数の青色レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させる本実施の形態３の構成に限らず、赤色レーザ光の回折効率が青色レーザ光の回折効率よりも大きくなるような回折構造を中周領域３１２に形成した構成についても、本発明の適用範囲内であることは言うまでもない。
【０１６９】
本実施の形態３の対物レンズ３０は、ガラス製又は合成樹脂製の対物レンズに適用可能である。
【０１７０】
ガラス製の対物レンズは、温度変化等に伴う屈折率変化が小さく、収差変化も小さいという利点がある。一方、合成樹脂製の対物レンズは、ガラス製の対物レンズと比較して比重が小さい。そのため、光ディスクの面ぶれ及び偏心に対して、対物レンズを駆動する対物レンズアクチュエータの負担を軽減でき、さらに、対物レンズを高速に追従させることも可能となる。また、射出成形により高精度に大量生産することが可能であるので、本実施の形態３のような微細な回折構造を備えた対物レンズは、合成樹脂製とすることがより好ましい。
【０１７１】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における対物レンズの構成を示す図である。図１３の左図は、本実施の形態４の対物レンズ４０の模式的な構成を示す平面図であり、図１３の右図は、本実施の形態４の対物レンズ４０の模式的な構成を示す断面図である。
【０１７２】
本実施の形態４の対物レンズ４０は、例えば、波長λ１の青紫レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＢＤと、波長λ１より大きい波長λ２の赤色レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＤＶＤと、波長λ２より大きい波長λ３の赤外レーザ光を用いて情報を記録又は再生するＣＤとを互換可能な互換対物レンズとして用いられる。
【０１７３】
対物レンズ４０は、光源側（レーザ光の入射する側）の入射面４１にベースとなる球面又は非球面を備えている。このベースとなる球面又は非球面（以下、ベース非球面と総称する）には、対物レンズ４０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。一方、入射面４１に対向する光ディスク側（レーザ光が出射する側）の出射面４２は、回折構造が形成されていない球面又は非球面となっている。
【０１７４】
対物レンズ４０は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に収束させる。対物レンズ４０は、レーザ光源側の入射面４１に形成された、回折構造を有する中周領域（第１領域）４１３と、中周領域４１３の外側に形成された、回折構造を有する第２優先領域（第２領域）４１４と、第２優先領域４１４の外側に形成された、回折構造を有する外周領域（第３領域）４１５と、中周領域４１３の内側に形成された、回折構造を有する第１優先領域（第４領域）４１２と、第１優先領域４１２の内側に形成された、回折構造を有する内周領域（第５領域）４１１とを備える。
【０１７５】
光軸ＯＡを含む内周領域４１１と、内周領域４１１の周辺の第１優先領域４１２と、第１優先領域４１２の周辺の中周領域４１３と、中周領域４１３の周辺の第２優先領域４１４と、第２優先領域４１４の周辺の外周領域４１５とは、それぞれ異なる回折構造を有している。
【０１７６】
中周領域４１３、外周領域４１５及び内周領域４１１は、中周領域４１３、外周領域４１５及び内周領域４１１で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１７７】
中周領域４１３、第２優先領域４１４及び内周領域４１１は、中周領域４１３、第２優先領域４１４及び内周領域４１１で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１７８】
第１優先領域４１２及び内周領域４１１は、第１優先領域４１２及び内周領域４１１で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有するＣＤ（第３の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０１７９】
第２優先領域４１４で回折されてＤＶＤの情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、第２優先領域４１４で回折されてＢＤの情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０１８０】
内周領域４１１は、例えば７段８レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ３の赤外レーザ光を用いたＣＤへの記録又は再生、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。内周領域４１１は、青紫レーザ光の＋２次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−２次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させ、赤外レーザ光の−３次回折光を厚さ約１．２ｍｍの光透過層を通してＣＤの情報記録面に収束させるように設計されている。なお、この内周領域４１１は、ＣＤのＮＡ（約０．４７〜０．５２）よりも小さいＮＡ例えば０．４４に対応する領域としている。
【０１８１】
次に、第１優先領域４１２は、ＣＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。第１優先領域４１２は、主として波長λ３の赤外レーザ光をＣＤの情報記録面に収束させるように設計される。この第１優先領域４１２は、ＣＤのＮＡ（約０．４７〜０．５２）に対応する領域としている。
【０１８２】
次に、中周領域４１３は、例えば３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。中周領域４１３は、青紫レーザ光の＋１次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計されている。
【０１８３】
また、中周領域４１３は、波長λ３の赤外レーザ光にＣＤの情報記録面上で収差を与えるように、すなわち赤外レーザ光の集光スポットの焦点が大きくずれるように設計される。中周領域４１３は、ＣＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。なお、この中周領域４１３は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも小さいＮＡ例えば０．５７に対応する領域としている。
【０１８４】
次に、第２優先領域４１４は、鋸歯形状の回折構造を備え、ＤＶＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。第２優先領域４１４は、主として波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計される。この第２優先領域４１４は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）に対応する領域としている。
【０１８５】
そして、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、上述の赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも大きい。そのため、外周領域４１５は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。
【０１８６】
また、外周領域４１５は、波長λ３の赤外レーザ光にＣＤの情報記録面上で収差を与えるように設計され、波長λ２の赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように設計される。したがって、外周領域４１５は、ＣＤ及びＤＶＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。
【０１８７】
すなわち、外周領域４１５は、外周領域４１５を通過する波長λ２のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させない。また、中周領域４１３、第２優先領域４１４及び外周領域４１５は、中周領域４１３、第２優先領域４１４及び外周領域４１５を通過する波長λ３のレーザ光を、ＣＤ（第３の情報記録媒体）の情報記録面に収束させない。
【０１８８】
内周領域４１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）に対して、約１．２５×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたりπ／２となる。この時、＋２次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１８９】
一方、内周領域４１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、約０．７５×λ２［μｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−２次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１９０】
さらに、内周領域４１１の回折構造の段差の一単位は、波長λ３の赤外レーザ光（例えばλ３＝７８０ｎｍ）に対して、約０．６３×λ３［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−２π／３となる。この時、−３次回折光の回折効率はスカラー計算で約６０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１９１】
すなわち、内周領域４１１が有する回折構造は、階段形状の断面を有している。内周領域４１１の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長、０．７５波長及び０．６３波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【０１９２】
中周領域４１３の回折構造の段差の一単位は、波長λ１の青紫レーザ光（例えばλ１＝４０５ｎｍ）に対して、約１．２５×λ１［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたりπ／２となる。この時、＋１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１９３】
一方、中周領域４１３の回折構造の段差の一単位は、波長λ２の赤色レーザ光（例えばλ２＝６６０ｎｍ）に対して、約０．７５×λ２［ｎｍ］の光路差を与える量とされ、位相変調量は一段あたり−π／２となる。この時、−１次回折光の回折効率はスカラー計算で約８０％となり、回折次数の中で最も大きくなる。
【０１９４】
すなわち、中周領域４１３が有する回折構造は、階段形状の断面を有している。中周領域４１３の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長及び０．７５波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【０１９５】
内周領域４１１を以上のような回折構造とすることで、波長λ１と、波長λ２及び波長λ３とで逆方向の鋸歯形状を近似できると共に、中周領域４１３を以上のような回折構造とすることで、波長λ１と波長λ２とで逆方向の鋸歯形状を近似できるため、厚さ約１．２ｍｍの光透過層を有するＣＤ、厚さ約０．６ｍｍの光透過層を有するＤＶＤ、及び厚さ約０．１ｍｍの光透過層を有するＢＤに対し、高い光利用効率で、情報の互換記録又は互換再生を実現できる。
【０１９６】
本実施の形態４の対物レンズ４０では、図１３に示すように、第１優先領域４１２は、ＣＤの優先領域となっており、波長λ３で最適化された鋸歯形状の回折構造を有していると共に、第２優先領域４１４は、ＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２で最適化された鋸歯形状の回折構造を有している。第１優先領域４１２が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ３のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。また、第２優先領域４１４が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。
【０１９７】
さらに、外周領域４１５は、ＢＤの専用領域となっており、波長λ１で最適化された鋸歯形状の回折構造を有している。外周領域４１５が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。
【０１９８】
以上のように、本実施の形態４の対物レンズ４０は、第１優先領域４１２がＣＤの優先領域となっており、波長λ３の赤色レーザ光の＋１次回折光をＣＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、第１優先領域４１２のほぼ全域で波長λ３の赤外レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域４１１の光軸近傍の波長λ３の赤外レーザ光に対する回折効率と、第１優先領域４１２の波長λ３の赤外レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＣＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０１９９】
この時、波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるのに最適な０次回折光の回折効率は、例えば２％程度にまで小さくなる。波長λ２の赤色レーザ光において、最も回折効率の大きい＋１次回折光は、ＤＶＤの情報記録面に対して収差を有し、フレアとなる。
【０２００】
第１優先領域４１２は、第１優先領域４１２で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、第１優先領域４１２で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２０１】
また、第２優先領域４１４は、ＤＶＤの優先領域となっており、第２優先領域４１４には、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている。そのため、第２優先領域４１４のほぼ全域で波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域４１１の光軸近傍の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率と、第２優先領域４１４の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０２０２】
この時、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるのに最適な−１次回折光の回折効率は、例えば１％程度にまで小さくなる。波長λ１の青紫レーザ光において、最も回折効率の大きい＋２次回折光は、ＢＤの情報記録面に対して収差を有し、フレアとなる。
【０２０３】
第２優先領域４１４及び第１優先領域４１２は、第２優先領域４１４及び第１優先領域４１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、第２優先領域４１４及び第１優先領域４１２で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２０４】
さらに、本実施の形態４の対物レンズ４０では、外周領域４１５がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、外周領域４１５のほぼ全域で波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域４１１の光軸近傍の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率と、外周領域４１５の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０２０５】
さらに、本実施の形態４の対物レンズ４０は、赤外レーザ光を用いてＣＤへの記録又は再生も可能であるという顕著な効果が得られる。
【０２０６】
ところで、本発明の主旨は、ＣＤへの記録又は再生時の内周領域４１１の最外周近傍の回折効率の低下を抑制するために、赤外レーザ光の回折効率を優先した回折構造を形成した第１優先領域４１２を備えること、第１優先領域４１２において、ＤＶＤに情報を記録又は再生するための赤色レーザ光の回折効率とＢＤに情報を記録又は再生するための青色レーザ光の回折効率とがゼロではないこと、ＤＶＤへの記録又は再生時の中周領域４１３の最外周近傍の回折効率の低下を抑制するために、赤色レーザ光の回折効率を優先した回折構造を形成した第２優先領域４１４を備えること、及び、第１優先領域４１２において、ＢＤに情報を記録又は再生するための青色レーザ光の回折効率がゼロではないことである。
【０２０７】
従って、赤外レーザ光の回折効率が赤色レーザ光及び青色レーザ光の回折効率よりも大きくなるような回折構造を第１優先領域４１２に形成し、赤色レーザ光の回折効率が赤外レーザ光及び青色レーザ光の回折効率よりも大きくなるような回折構造を第２優先領域４１４に形成した構成については、本発明の適用範囲内である。
【０２０８】
すなわち、第１優先領域４１２で回折されてＣＤ（第３の情報記録媒体）の情報記録面に収束する波長λ３のレーザ光の回折効率は、第１優先領域４１２で回折されてＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０２０９】
なお、内周領域４１１の最外周近傍において、回折構造のピッチが比較的大きく、入射面４１のベース非球面の傾斜角度が小さい場合は、内周領域４１１の最外周近傍の回折効率は大きく低下しないので、ＣＤの優先領域である第１優先領域４１２を形成しなくてもよい。
【０２１０】
例えば、本実施の形態４の変形例の対物レンズを図１４に示す。図１４は、本発明の実施の形態４の変形例における対物レンズの構成を示す図である。図１４の左図は、本実施の形態４の変形例の対物レンズ５０の模式的な構成を示す平面図であり、図１４の右図は、本実施の形態４の変形例の対物レンズ５０の模式的な構成を示す断面図である。
【０２１１】
対物レンズ５０は、光源側（レーザ光の入射する側）の入射面５１にベースとなる球面又は非球面を備えている。このベースとなる球面又は非球面（以下、ベース非球面と総称する）には、対物レンズ５０の光軸ＯＡを中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。一方、入射面５１に対向する光ディスク側（レーザ光が出射する側）の出射面５２は、回折構造が形成されていない球面又は非球面となっている。
【０２１２】
対物レンズ５０は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体（光ディスク）の情報記録面に収束させる。対物レンズ５０は、レーザ光源側の入射面５１に形成された、回折構造を有する中周領域（第１領域）５１２と、中周領域５１２の外側に形成された、回折構造を有する優先領域（第２領域）５１３と、優先領域５１３の外側に形成された、回折構造を有する外周領域（第３領域）５１４と、中周領域５１２の内側に形成された、回折構造を有する内周領域（第４領域）５１１とを備える。
【０２１３】
光軸ＯＡを含む内周領域５１１と、内周領域５１１の周辺の中周領域５１２と、中周領域５１２の周辺の優先領域５１３と、優先領域５１３の周辺の外周領域５１４とは、それぞれ異なる回折構造を有している。
【０２１４】
中周領域５１２、外周領域５１４及び内周領域５１１は、中周領域５１２、外周領域５１４及び内周領域５１１で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２１５】
中周領域５１２、優先領域５１３及び内周領域５１１は、中周領域５１２、優先領域５１３及び内周領域５１１で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２１６】
内周領域５１１は、内周領域５１１で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有するＣＤ（第３の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２１７】
優先領域５１３で回折されてＤＶＤの情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、優先領域５１３で回折されてＢＤの情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０２１８】
内周領域５１１は、例えば７段８レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ３の赤外レーザ光を用いたＣＤへの記録又は再生、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。内周領域５１１は、青紫レーザ光の＋２次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−２次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させ、赤外レーザ光の−３次回折光を厚さ約１．２ｍｍの光透過層を通してＣＤの情報記録面に収束させるように設計されている。なお、この内周領域５１１は、ＣＤのＮＡ（約０．４７〜０．５２）に対応する領域としている。
【０２１９】
次に、中周領域５１２は、例えば３段４レベルを一周期とする階段形状の回折構造を備え、波長λ２の赤色レーザ光を用いたＤＶＤへの記録又は再生、及び、波長λ１の青紫レーザ光を用いたＢＤへの記録又は再生のいずれにも使用される互換領域である。中周領域５１２は、青紫レーザ光の＋１次回折光を厚さ約０．１ｍｍの光透過層を通してＢＤの情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の−１次回折光を厚さ約０．６ｍｍの光透過層を通してＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計されている。
【０２２０】
また、中周領域５１２は、波長λ３の赤外レーザ光にＣＤの情報記録面上で収差を与えるように、すなわち赤外レーザ光の集光スポットの焦点が大きくずれるように設計される。中周領域５１２は、ＣＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。なお、この中周領域５１２は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも小さいＮＡ例えばＮＡ０．５７に対応する領域としている。
【０２２１】
次に、優先領域５１３は、鋸歯形状の回折構造を備え、ＤＶＤへの記録又は再生に優先的に使用される優先領域である。優先領域５１３は、主として波長λ２の赤色レーザ光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように設計される。この優先領域５１３は、ＤＶＤのＮＡ（約０．６０〜０．６５）に対応する領域としている。
【０２２２】
そして、青紫レーザ光を用いてＢＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．８５）は、上述の赤色レーザ光を用いてＤＶＤに情報を記録又は再生する際のＮＡ（約０．６０〜０．６５）よりも大きい。そのため、外周領域５１４は、ＢＤの専用領域とされ、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるように設計される。
【０２２３】
また、外周領域５１４は、波長λ３の赤外レーザ光にＣＤの情報記録面上で収差を与えるように設計され、波長λ２の赤色レーザ光にＤＶＤの情報記録面上で収差を与えるように設計される。したがって、外周領域５１４は、ＣＤ及びＤＶＤへの記録又は再生時には、実質的に開口制限として機能する。
【０２２４】
すなわち、外周領域５１４は、外周領域５１４を通過する波長λ２のレーザ光を、ＤＶＤ（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させない。また、中周領域５１２、優先領域５１３及び外周領域５１４は、中周領域５１２、優先領域５１３及び外周領域５１４を通過する波長λ３のレーザ光を、ＣＤ（第３の情報記録媒体）の情報記録面に収束させない。
【０２２５】
内周領域５１１に形成される回折構造は、階段形状の断面を有している。内周領域５１１の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長、０．７５波長及び０．６３波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【０２２６】
中周領域５１２に形成される回折構造は、階段形状の断面を有している。中周領域５１２の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。なお、上記の１．２５波長及び０．７５波長は、それぞれ例えば±１０％の誤差を含む。
【０２２７】
優先領域５１３に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。また、外周領域５１４に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。
【０２２８】
以上のように、本実施の形態４の変形例の対物レンズ５０では、優先領域５１３は、ＤＶＤの優先領域となっており、優先領域５１３には、波長λ２の赤色レーザ光の＋１次回折光をＤＶＤの情報記録面に収束させるように最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されている。そのため、優先領域５１３のほぼ全域で波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域５１１の光軸近傍の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率と、優先領域５１３の波長λ２の赤色レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０２２９】
この時、波長λ１の青紫レーザ光をＢＤの情報記録面に収束させるのに最適な−１次回折光の回折効率は、例えば１％程度にまで小さくなる。波長λ１の青紫レーザ光において、最も回折効率の大きい＋２次回折光は、ＢＤの情報記録面に対して収差を有し、フレアとなる。
【０２３０】
優先領域５１３は、優先領域５１３で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させないと共に、優先領域５１３で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、ＢＤ（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。
【０２３１】
さらに、本実施の形態４の変形例の対物レンズ５０では、外周領域５１４がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、外周領域５１４のほぼ全域で波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率が７０％以上となっている。従って、実質的に内周領域５１１の光軸近傍の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率と、外周領域５１４の波長λ１の青紫レーザ光に対する回折効率との差が小さくなっているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０２３２】
また、本実施の形態４の変形例の対物レンズ５０は、赤外レーザ光を用いてＣＤへの記録又は再生も可能であるという顕著な効果が得られる。
【０２３３】
ところで、本発明の主旨は、ＤＶＤへの記録又は再生時の中周領域５１２の最外周近傍の回折効率の低下を抑制するために、赤色レーザ光の回折効率を優先した回折構造を形成した優先領域５１３を備えること、及び、優先領域５１３において、ＢＤに情報を記録又は再生するための青色レーザ光の回折効率がゼロではないことである。
【０２３４】
従って、赤色レーザ光の回折効率が赤外レーザ光及び青色レーザ光の回折効率よりも大きくなるような回折構造を優先領域５１３に形成した構成については、本発明の適用範囲内である。
【０２３５】
さらに、互換対物レンズに形成される回折構造は、本実施の形態４及び本実施の形態４の変形例に示した構成に限らず、内周領域４１１，５１１、第１優先領域４１２、中周領域４１３，５１２、第２優先領域４１４、優先領域５１３及び外周領域４１５，５１４をそれぞれ鋸歯形状とした場合であっても、本発明の適用範囲であることは明らかである。
【０２３６】
また、本実施の形態４及び本実施の形態４の変形例において、第２優先領域４１４及び優先領域５１３の回折構造を、実施の形態１における中周領域１１２と同じ階段形状の回折構造にしてもよい。
【０２３７】
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５における光学ヘッドの概略構成を示す図である。
【０２３８】
図１５において、光学ヘッド１００は、青紫レーザ光を出射する青紫レーザ光源１０１、偏光ビームスプリッタ１０２、１／４波長板１０３、コリメートレンズ１０４、ミラー１０５、対物レンズ１０８、対物レンズアクチュエータ１０９、赤色レーザ光源１１０、平板型ビームスプリッタ１１４、コリメートレンズアクチュエータ１１５、検出レンズ１２２及び受光素子（受光部）１２３を備える。また、ＢＤ６０は、青紫レーザ光により情報が記録又は再生され、ＤＶＤ７０は、赤色レーザ光により情報が記録又は再生される。
【０２３９】
青紫レーザ光源１０１は、波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）を有する青紫レーザ光を出射する。赤色レーザ光源１１０は、波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）を有する赤色レーザ光を出射する。
【０２４０】
対物レンズ１０８は、青紫レーザ光源１０１から出射された青紫レーザ光をＢＤ６０（第１の情報記録媒体）の情報記録面に収束させ、赤色レーザ光源１１０から出射された赤色レーザ光をＤＶＤ７０（第２の情報記録媒体）の情報記録面に収束させる。受光素子１２３は、ＢＤ６０又はをＤＶＤ７０で反射されたレーザ光を受光する。
【０２４１】
まず、ＢＤ６０に情報を記録又は再生する場合の光学ヘッド１００の動作について述べる。青紫レーザ光源１０１から出射された波長約４０５ｎｍの青紫レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２にＳ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ１０２で反射された青紫レーザ光は、１／４波長板１０３で円偏光に変換された後、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換される。略平行光に変換された青紫レーザ光は、ミラー１０５で反射されることにより、光軸が折り曲げられる。ミラー１０５で反射した青紫レーザ光は、対物レンズ１０８によって、ＢＤ６０の情報記録面に光スポットとして収束される。
【０２４２】
ＢＤ６０の情報記録面で反射した青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０８を透過し、ミラー１０５で反射される。ミラー１０５で反射された青紫レーザ光は、コリメートレンズ１０４を透過した後、１／４波長板１０３で往路とは異なる直線偏光に変換される。その後、青紫レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２及び平板型ビームスプリッタ１１４にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ１０２及び平板型ビームスプリッタ１１４を透過した青紫レーザ光は、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３は、検出された青紫レーザ光を光電変換し、ＢＤ６０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と、ＢＤ６０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号とを生成する。
【０２４３】
次に、ＤＶＤ７０に情報を記録又は再生する場合の光学ヘッド１００の動作について述べる。赤色レーザ光源１１０から出射された波長約６６０ｎｍの赤色レーザ光は、平板型ビームスプリッタ１１４にＳ偏光で入射する。平板型ビームスプリッタ１１４で反射された赤色レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過し、１／４波長板１０３で円偏光に変換された後、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換される。略平行光に変換された赤色レーザ光は、ミラー１０５で反射されることにより、光軸が折り曲げられる。ミラー１０５で反射した赤色レーザ光は、対物レンズ１０８によって、ＤＶＤ７０の情報記録面に光スポットとして収束される。
【０２４４】
ＤＶＤ７０の情報記録面で反射した赤色レーザ光は、再び対物レンズ１０８を透過し、ミラー１０５で反射される。ミラー１０５で反射された赤色レーザ光は、コリメートレンズ１０４を透過した後、１／４波長板１０３で往路とは異なる直線偏光に変換される。その後、赤色レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２及び平板型ビームスプリッタ１１４にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ１０２及び平板型ビームスプリッタ１１４を透過した赤色レーザ光は、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３は、検出された赤色レーザ光を光電変換し、ＤＶＤ７０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と、ＤＶＤ７０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号とを生成する。
【０２４５】
ここで、本実施の形態５の光学ヘッド１００に用いられる対物レンズ１０８は、実施の形態１〜実施の形態４で述べた対物レンズ１０，２０，３０，４０，５０のいずれかである。
【０２４６】
実施の形態１で述べた対物レンズ１０は、中周領域１１２がＤＶＤの優先領域となっており、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０２４７】
さらに、実施の形態１で述べた対物レンズ１０は、外周領域１１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０２４８】
実施の形態２又は実施の形態３で述べた対物レンズ２０，３０は、中周領域２１２，３１２がＤＶＤの優先領域となっており、波長λ２の赤色レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、ＤＶＤの情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０２４９】
さらに、実施の形態２又は実施の形態３で述べた対物レンズ２０，３０は、外周領域２１３，３１３がＢＤの専用領域となっており、波長λ１の青紫レーザ光で最適化された鋸歯形状の回折構造が形成されているので、ＢＤの情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。
【０２５０】
以上のように、本実施の形態５の光学ヘッド１００は、ＢＤ及びＤＶＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することができる。
【０２５１】
なお、本実施の形態５の光学ヘッド１００の赤色レーザ光源１１０を、赤色レーザ光及び赤外レーザ光を出射する２波長レーザ光源とし、対物レンズ１０８を、実施の形態４で述べた対物レンズ４０，５０のいずれかとしてもよい。この場合、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することができる。
【０２５２】
（実施の形態６）
図１６は、本発明の実施の形態６における光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【０２５３】
図１６において、光ディスク装置２００は、光ディスク駆動部２０１、制御部２０２及び光学ヘッド２０３を備える。
【０２５４】
光ディスク駆動部２０１は、ＢＤ６０（又はＤＶＤ７０）を回転させる。光学ヘッド２０３は、実施の形態５で述べた光学ヘッド１００である。制御部２０２は、光ディスク駆動部２０１及び光学ヘッド２０３の駆動を制御すると共に、光学ヘッド２０３で光電変換されるとともに演算された制御信号及び情報信号の信号処理を行う。また、制御部２０２は、情報信号を光ディスク装置２００の外部と内部とでインタフェースさせる機能を有する。
【０２５５】
制御部２０２は、光学ヘッド２０３から得られる制御信号を受け、制御信号に基づいて、フォーカス制御、トラッキング制御、情報再生制御及び光ディスク駆動部２０１の回転制御を行う。また、制御部２０２は、情報信号から情報の再生を行うと共に、記録信号の光学ヘッド２０３への送出を行う。
【０２５６】
光ディスク装置２００は、実施の形態５で述べた光学ヘッド１００を搭載しているので、ＢＤ６０及びＤＶＤ７０に情報を良好に記録又は再生することができる。さらに、光ディスク装置２００は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することも可能である。
【０２５７】
（実施の形態７）
図１７は、本発明の実施の形態７におけるコンピュータの概略構成を示す図である。
【０２５８】
図１７において、コンピュータ５００は、実施の形態６の光ディスク装置２００と、情報を入力するためのキーボード、マウス又はタッチパネルなどの入力装置５０１と、入力装置５０１から入力された情報及び光ディスク装置２００から読み出した情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置５０２と、演算装置５０２によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管又は液晶表示装置あるいは情報を印刷するプリンタなどの出力装置５０３とを備える。
【０２５９】
なお、本実施の形態７において、コンピュータ５００が情報処理装置の一例に相当し、演算装置５０２が情報処理部の一例に相当する。
【０２６０】
コンピュータ５００は、実施の形態６の光ディスク装置２００を備えるので、ＢＤ及びＤＶＤに情報を良好に記録又は再生することができ、広い用途に適用できる効果を有する。さらに、コンピュータ５００は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することも可能であり、さらに広い用途に適用できる効果を有する。
【０２６１】
（実施の形態８）
図１８は、本発明の実施の形態８における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。
【０２６２】
図１８において、光ディスクプレーヤ６００は、実施の形態６の光ディスク装置２００と、光ディスク装置２００から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダ６０１とを備える。
【０２６３】
なお、光ディスクプレーヤ６００は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置センサ及び中央演算装置（ＣＰＵ）を加えることによりカーナビゲーションシステムとしても利用可能である。また、光ディスクプレーヤ６００は、液晶モニタなどの表示装置６０２を備えてもよい。
【０２６４】
また、本実施の形態８において、光ディスクプレーヤ６００が情報処理装置の一例に相当し、デコーダ６０１が情報処理部の一例に相当する。
【０２６５】
光ディスクプレーヤ６００は、実施の形態６の光ディスク装置２００を備えるので、ＢＤ及びＤＶＤに情報を良好に記録又は再生することができ、広い用途に適用できる効果を有する。さらに、光ディスクプレーヤ６００は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することも可能であり、さらに広い用途に適用できる効果を有する。
【０２６６】
（実施の形態９）
図１９は、本発明の実施の形態９における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。
【０２６７】
図１９において、光ディスクレコーダ７００は、実施の形態６の光ディスク装置２００と、光ディスク装置２００によって光ディスクへ記録するための情報信号に画像情報を変換するエンコーダ７０１とを備える。望ましくは、光ディスクレコーダ７００は、光ディスク装置２００から得られる情報信号を画像情報に変換するデコーダ７０２も備えることにより、記録した画像を再生することも可能となる。なお、光ディスクレコーダ７００は、情報を表示するブラウン管又は液晶表示装置あるいは情報を印刷するプリンタなどの出力装置７０３を備えてもよい。
【０２６８】
なお、本実施の形態９において、光ディスクレコーダ７００が情報処理装置の一例に相当し、エンコーダ７０１及びデコーダ７０２が情報処理部の一例に相当する。
【０２６９】
光ディスクレコーダ７００は、実施の形態６の光ディスク装置２００を備えるので、ＢＤ及びＤＶＤに情報を良好に記録又は再生することができ、広い用途に適用できる効果を有する。さらに、光ディスクレコーダ７００は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することも可能であり、さらに広い用途に適用できる効果を有する。
【０２７０】
（実施の形態１０）
図２０は、本発明の実施の形態１０におけるゲーム装置の概略構成を示す図である。
【０２７１】
図２０において、ゲーム装置８００は、実施の形態６の光ディスク装置２００と、ユーザによる操作情報を入力するための操作部８０１と、操作部８０１から入力された操作情報及び光ディスク装置２００から読み出した情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置８０２とを備える。なお、ゲーム装置８００は、情報を表示するディスプレイなどの表示装置８０３を備えてもよい。
【０２７２】
なお、本実施の形態１０において、ゲーム装置８００が情報処理装置の一例に相当し、演算装置８０２が情報処理部の一例に相当する。
【０２７３】
ゲーム装置８００は、実施の形態６の光ディスク装置２００を備えるので、ＢＤ及びＤＶＤに情報を良好に記録又は再生することができ、広い用途に適用できる効果を有する。さらに、ゲーム装置８００は、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤのそれぞれに情報を良好に記録又は再生することも可能であり、さらに広い用途に適用できる効果を有する。
【０２７４】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０２７５】
本発明の一局面に係る対物レンズは、レーザ光源から出射されたレーザ光を、情報記録媒体の情報記録面に収束させる対物レンズであって、前記レーザ光源側の面に形成された、回折構造を有する第１領域と、前記第１領域の外側に形成された、回折構造を有する第２領域と、前記第２領域の外側に形成された、回折構造を有する第３領域とを備え、前記第１領域及び前記第３領域は、前記第１領域及び前記第３領域で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有する第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第１領域及び前記第２領域は、前記第１領域及び前記第２領域で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有する第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第２領域で回折されて前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ２のレーザ光の回折効率は、前記第２領域で回折されて前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０２７６】
この構成によれば、対物レンズは、レーザ光源側の面に形成された、回折構造を有する第１領域と、第１領域の外側に形成された、回折構造を有する第２領域と、第２領域の外側に形成された、回折構造を有する第３領域とを備える。第１領域及び第３領域は、第１領域及び第３領域で回折される波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１の光透過層を有する第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第１領域及び第２領域は、第１領域及び第２領域で回折される波長λ２（６３０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ１より厚い厚さｔ２の光透過層を有する第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。そして、第２領域で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、第２領域で回折されて第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きい。
【０２７７】
したがって、第２領域で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率は、第２領域で回折されて第１の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ１のレーザ光の回折効率よりも大きいので、第２の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、対物レンズに入射する波長λ２のレーザ光の外縁近傍の回折効率を増大させることにより、光軸から離れるに従って低下するレーザ光の強度を補正することができ、回折効率の低下に伴う集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０２７８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域は、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０２７９】
この構成によれば、第２領域において、第２領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束されず、第２領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束される。
【０２８０】
したがって、第２領域は、第２領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させずに、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができ、波長λ１のレーザ光よりも波長λ２のレーザ光を優先して回折させることができる。
【０２８１】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する回折構造と前記第２領域が有する回折構造とは、それぞれ互いに異なる階段形状の断面を有することが好ましい。
【０２８２】
この構成によれば、第１領域が有する回折構造と第２領域が有する回折構造とは、それぞれ互いに異なる階段形状の断面を有するので、第２領域において、第２の情報記録媒体だけでなく、第１の情報記録媒体に対して高い光利用効率を確保することができる。
【０２８３】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性と、前記第２領域の前記階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性とは互いに異なることが好ましい。
【０２８４】
この構成によれば、第１領域の階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性と、第２領域の階段形状の断面の段差の１段によって与えられる光路差の極性とを互いに異ならせることができる。
【０２８５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第１の階段形状の断面を有し、前記第１の階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記第２領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第２の階段形状の断面を有し、前記第２の階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ２のレーザ光に対して、略−０．２５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ１のレーザ光に対して、略−０．４波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０２８６】
この構成によれば、第１領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第１の階段形状の断面を有している。そして、第１の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。また、第２領域が有する回折構造は、３段４レベルを一周期とする第２の階段形状の断面を有している。そして、第２の階段形状の断面の段差の１段は、波長λ２のレーザ光に対して、略−０．２５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、波長λ１のレーザ光に対して、略−０．４波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与える。
【０２８７】
したがって、第１領域及び第２領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０２８８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２５×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．５×λ１／（ｎλ１−１）／１０００を満たすことが好ましい。ただし、ｎλ１は、前記波長λ１における前記対物レンズの屈折率を表し、ｎλ２は、前記波長λ２における前記対物レンズの屈折率を表す。
【０２８９】
この構成によれば、波長λ２のレーザ光の回折効率のピークにおける段差量と、波長λ１のレーザ光の回折効率のピークにおける段差量との間の範囲内となるように第２の領域の回折構造の段差量を決定することができる。
【０２９０】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２の階段形状の断面の段差の１段の段差量ｄ［μｍ］は、０．２×λ２／（ｎλ２−１）／１０００≦ｄ≦０．３×λ２／（ｎλ２−１）／１０００を満たすことが好ましい。ただし、ｎλ２は、前記波長λ２における前記対物レンズの屈折率を表す。
【０２９１】
この構成によれば、波長λ２のレーザ光の回折効率のピークにおける段差量を基準にして、第２の領域の回折構造の段差量を決定することができる。
【０２９２】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、前記第２領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルとは一致することが好ましい。
【０２９３】
この構成によれば、第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、第２領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルとは一致するので、波長λ２のレーザ光が設計波長からずれた場合であっても、第１領域と第２領域との境界部分における第１領域と第２領域との位相が互いにずれないようにすることができる。
【０２９４】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０２９５】
この構成によれば、第３領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、第３領域を通過する波長λ１のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができる。
【０２９６】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことが好ましい。
【０２９７】
この構成によれば、第３領域を通過する波長λ２のレーザ光は第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されないので、第２の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、第３領域を開口制限として機能させることができる。
【０２９８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２の情報記録媒体の開口数に対応する前記対物レンズの有効径Ｄと、前記第１領域の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９７５・Ｄを満たすことが好ましい。
【０２９９】
この構成によれば、第１領域の有効径Ｄａを、第２の情報記録媒体の開口数に対応する対物レンズの有効径Ｄに対して上記の範囲内とすることにより、第１の情報記録媒体の分解能と第２の情報記録媒体の分解能とを両立させることができる。
【０３００】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３０１】
この構成によれば、第１領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有している。そして、第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与える。
【０３０２】
したがって、第１領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３０３】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３０４】
この構成によれば、第２領域は、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３０５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３０６】
この構成によれば、第３領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、第３領域を通過する波長λ１のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができる。
【０３０７】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２の情報記録媒体の開口数に対応する前記対物レンズの有効径Ｄと、前記第１領域の有効径Ｄａとは、０．９１６・Ｄ≦Ｄａ≦０．９５８・Ｄを満たすことが好ましい。
【０３０８】
この構成によれば、第１領域の有効径Ｄａを、第２の情報記録媒体の開口数に対応する対物レンズの有効径Ｄに対して上記の範囲内とすることにより、第１の情報記録媒体の分解能と第２の情報記録媒体の分解能とを両立させることができる。
【０３０９】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、前記第２領域が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致し、前記第１領域と前記第２領域との境界において、前記第１領域に形成した階段形状の回折構造の一周期の終端と、前記第２領域に形成した鋸歯形状の回折構造の傾斜部分とは、前記平均レベルにて接続されることが好ましい。
【０３１０】
この構成によれば、第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、第２領域が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致する。そして、第１領域と第２領域との境界において、第１領域に形成した階段形状の回折構造の一周期の終端と、第２領域に形成した鋸歯形状の回折構造の傾斜部分とは、平均レベルにて接続される。
【０３１１】
したがって、第１領域が有する階段形状の回折構造の平均レベルと、第２領域が有する鋸歯形状の回折構造の平均レベルとは一致するので、波長λ２のレーザ光が設計波長からずれた場合であっても、第１領域と第２領域との境界部分における第１領域と第２領域との位相が互いにずれないようにすることができる。
【０３１２】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域と、前記第４領域の内側に形成された、回折構造を有する第５領域とをさらに備え、前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域は、前記第１領域、前記第３領域及び前記第５領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第１領域、前記第２領域及び前記第５領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第５領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第４領域及び前記第５領域は、前記第４領域及び前記第５領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０３１３】
この構成によれば、対物レンズは、第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域と、第４領域の内側に形成された、回折構造を有する第５領域とをさらに備える。第１領域、第３領域及び第５領域は、第１領域、第３領域及び第５領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第１領域、第２領域及び第５領域は、第１領域、第２領域及び第５領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第４領域及び第５領域は、第４領域及び第５領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。
【０３１４】
したがって、第５領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束され、第５領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されるので、第５領域は、波長λ１のレーザ光及び波長λ２のレーザ光を第１の情報記録媒体及び第２の情報記録媒体に収束させることができる。また、第４領域及び第５領域で回折される波長λ３のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が第３の情報記録媒体の情報記録面に収束されるので、第４領域及び第５領域は、波長λ３のレーザ光を第３の情報記録媒体に収束させることができる。
【０３１５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域及び前記第４領域は、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０３１６】
この構成によれば、第２領域及び第４領域において、第２領域及び第４領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束されず、第２領域及び第４領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束される。
【０３１７】
したがって、第２領域及び第４領域は、第２領域及び第４領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させずに、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができ、波長λ１のレーザ光よりも波長λ２又は波長λ３のレーザ光を優先して回折させることができる。
【０３１８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第４領域は、前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０３１９】
この構成によれば、第４領域において、第４領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されず、第４領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光が、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束される。
【０３２０】
したがって、第４領域は、第４領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させずに、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができ、波長λ２のレーザ光よりも波長λ３のレーザ光を優先して回折させることができる。
【０３２１】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第４領域で回折されて前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ３のレーザ光の回折効率は、前記第４領域で回折されて前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する前記波長λ２のレーザ光の回折効率よりも大きいことが好ましい。
【０３２２】
この構成によれば、第４領域で回折されて第３の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ３のレーザ光の回折効率は、第４領域で回折されて第２の情報記録媒体の情報記録面に収束する波長λ２のレーザ光の回折効率よりも大きいので、第３の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、対物レンズに入射する波長λ３のレーザ光の外縁近傍の回折効率を増大させることにより、光軸から離れるに従って低下するレーザ光の強度を補正することができ、回折効率の低下に伴う集光スポットの劣化を抑制することができる。
【０３２３】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第５領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、前記第５領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３２４】
この構成によれば、第５領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができ、波長λ３のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第３の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第３の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３２５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域が有する回折構造は、階段形状の断面を有し、前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３２６】
この構成によれば、第１領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３２７】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第４領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ３のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３２８】
この構成によれば、第４領域は、波長λ３のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第３の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第３の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３２９】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３３０】
この構成によれば、第２領域は、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３３１】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域が有する回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３３２】
この構成によれば、第３領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、第３領域を通過する波長λ１のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができる。
【０３３３】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことが好ましい。
【０３３４】
この構成によれば、第３領域を通過する波長λ２のレーザ光は第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されないので、第２の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、第３領域を開口制限として機能させることができる。
【０３３５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ３のレーザ光を、前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことが好ましい。
【０３３６】
この構成によれば、第１領域、第２領域及び第３領域を通過する波長λ３のレーザ光は第３の情報記録媒体の情報記録面に収束されないので、第３の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、第１領域、第２領域及び第３領域を開口制限として機能させることができる。
【０３３７】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域をさらに備え、前記第１領域、前記第３領域及び前記第４領域は、前記第１領域、前記第３領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第１領域、前記第２領域及び前記第４領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第４領域で回折される前記波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、前記第４領域は、前記第４領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０３３８】
この構成によれば、対物レンズは、第１領域の内側に形成された、回折構造を有する第４領域をさらに備える。第１領域、第３領域及び第４領域は、第１領域、第３領域及び第４領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第１領域、第２領域及び第４領域は、第１領域、第２領域及び第４領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。第４領域は、第４領域で回折される波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ）のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、厚さｔ２より厚い厚さｔ３の光透過層を有する第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させる。
【０３３９】
したがって、第４領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第１の情報記録媒体の情報記録面に収束され、第４領域で回折される波長λ２のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が、第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されるので、第４領域は、波長λ１のレーザ光及び波長λ２のレーザ光を第１の情報記録媒体及び第２の情報記録媒体に収束させることができる。また、第４領域で回折される波長λ３のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光が第３の情報記録媒体の情報記録面に収束されるので、第４領域は、波長λ３のレーザ光を第３の情報記録媒体に収束させることができる。
【０３４０】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域は、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させないと共に、前記第２領域で回折される前記波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を、前記第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることが好ましい。
【０３４１】
この構成によれば、第２領域は、第２領域で回折される波長λ１のレーザ光のうち、最も回折効率の大きい回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させずに、最も回折効率の大きい回折次数とは異なる回折次数のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができ、波長λ１のレーザ光よりも波長λ２のレーザ光を優先して回折させることができる。
【０３４２】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第４領域に形成される回折構造は、階段形状の断面を有し、前記第４領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与え、前記波長λ３のレーザ光に対して、略０．６３波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３４３】
この構成によれば、第４領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができ、波長λ３のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第３の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第３の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３４４】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域に形成される回折構造は、階段形状の断面を有し、前記第１領域の前記階段形状の断面の段差の１段は、前記波長λ１のレーザ光に対して、略１．２５波長の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与え、前記波長λ２のレーザ光に対して、略０．７５波長の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３４５】
この構成によれば、第１領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、焦点位置の変化を低減することができ、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３４６】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第２領域に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ２のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凹レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３４７】
この構成によれば、第２領域は、波長λ２のレーザ光に対して凹レンズのパワーを与えるので、第２の情報記録媒体の焦点位置を対物レンズから遠ざけ、対物レンズと第２の情報記録媒体との間の作動距離を大きくすることができる。
【０３４８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域に形成される回折構造は、鋸歯形状の断面を有し、前記波長λ１のレーザ光に対して、０．５波長未満の光路差を与えると共に、凸レンズのパワーを与えることが好ましい。
【０３４９】
この構成によれば、第３領域は、波長λ１のレーザ光に対して凸レンズのパワーを与えるので、第３領域を通過する波長λ１のレーザ光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させることができる。
【０３５０】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第３領域は、前記第３領域を通過する前記波長λ２のレーザ光を、前記第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことが好ましい。
【０３５１】
この構成によれば、第３領域を通過する波長λ２のレーザ光は第２の情報記録媒体の情報記録面に収束されないので、第２の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、第３領域を開口制限として機能させることができる。
【０３５２】
また、上記の対物レンズにおいて、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ３のレーザ光を、前記第３の情報記録媒体の情報記録面に収束させないことが好ましい。
【０３５３】
この構成によれば、第１領域、第２領域及び第３領域を通過する波長λ３のレーザ光は第３の情報記録媒体の情報記録面に収束されないので、第３の情報記録媒体に情報を記録又は再生する際に、第１領域、第２領域及び第３領域を開口制限として機能させることができる。
【０３５４】
本発明の他の局面に係る光学ヘッドは、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を情報記録媒体の情報記録面に収束させる、上記のいずれかに記載の対物レンズと、情報記録媒体で反射された前記レーザ光を受光する受光部とを備える。この構成によれば、上記の対物レンズを光学ヘッドに適用することができる。
【０３５５】
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、上記に記載の光学ヘッドと、情報記録媒体を回転させるモータと、前記光学ヘッドと前記モータとを制御する制御部とを備える。この構成によれば、上記の光学ヘッドを光ディスク装置に適用することができる。
【０３５６】
本発明の他の局面に係る情報処理装置は、上記に記載の光ディスク装置と、前記光ディスク装置に記録する情報及び／又は前記光ディスク装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備える。この構成によれば、上記の光ディスク装置を情報処理装置に適用することができる。
【０３５７】
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０３５８】
本発明に係る対物レンズは、第２領域が第２の情報記録媒体の優先領域となっており、第２領域には波長λ２のレーザ光で最適化された回折構造が形成されているので、第２の情報記録媒体の情報記録面上の集光スポットの劣化を抑制することができる。さらに、第３領域が第１の情報記録媒体の専用領域となっており、第３領域には波長λ１のレーザ光で最適化された回折構造が形成されているので、第１の情報記録媒体の情報記録面上の集光スポットの劣化も抑制することができる。また、対物レンズの成形等のマージンを拡大できるので、歩留まりが向上し、製造コストを下げることができる。【０３５９】
従って、本発明にかかる対物レンズは、光ディスク等の情報記録媒体に情報を記録又は再生する光学ヘッド及び光ディスク装置に用いられる対物レンズとして有用であり、この光ディスク装置を備えたコンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ及びゲーム装置等の情報処理装置は、ＢＤ及びＤＶＤに情報を良好に記録又は再生することができ、広い用途に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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